Bài tập lớn cơ học đất sinh viên thực hiện nguyễn ngọc hiếu

Cơ học đất là một môn học rất quan trọng, nắm vững các kiến thức của môn học này sẽ tạo được nền tang vững chắc cho các môn học kế tiêp như thiết kế nền móng,kêt cấu bê tong cốt thép…Chú

PHỤ LỤC Trang

Mở đầu……… 2

Nội dung……… 3

A Đề bài 3

B Yêu cầu 3

C Bài làm

I Phân loại đất-chọn chiều sâu chôn móng Df 4

1 Phân loại lớp đât 4

a Phân loại lớp 1 4

b Phân loại lớp 2 6

c Phân loại lớp 3 7

2 Chọn chiều sâu chôn móng 8

II.Vẽ đường comg e-p,e-logp,xác định chỉ số a,a0,Cc,Cs 8

1 Lớp đất số 1(số hiệu 46) 8

a Vẽ đường cong e-p,e-logp 8

b Xác định chỉ số a,a0,Cc,Cs 9

2 Lớp đất số 2(số hiệu 85) 10

a Vẽ đường cong e-p,e-logp 10

b Xác định chỉ số a,a0,Cc,Cs 10

III.Xác định sơ bộ kích thước móng 11

1 Theo điều kiện cường độ tiêu chuẩn 11

a Tính giá trị Rtc 11

b Xác định kích thước móng 12

2 Theo điều kiện ứng suất cho phép 13

IV Xác định ứng suất dưới đáy móng-Tính và vẽ biểu đồ ứng suất 13

1 Xác định ứng suât dưới đáy móng 13

2 Biều đồ ứng suất 22

V Tính lún 23

1 Tính độ lún ổn định-xác định độ nghiêng của móng 23

a Kiểm tra điều kiện áp dụng lí thuyết đàn hồi 23

b Tính lún theo phương pháp công lún từng lớp 24

2 Tính lún tức thời 35

3 Tính lún theo thời gian(t=4 năm) 35

VI Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn để mô phỏng và tính toán chuyển vị đứng (độ lún) 36

VII Nhận xét 40

Kết luận 41

MỞ ĐẦU

Cơ học đất là một ngành cơ học ứng dụng nghiên cứu về ứng xử của đất trong tự nhiên vì hầu hết các công trình đều đặt trên nền đất, muốn cho công trình được tốt,bền ,lâu dài,tiết kiệm thì cần nắm rõ các tính chất cơ lí của đất

Cơ học đất là một môn học rất quan trọng, nắm vững các kiến thức của môn học này sẽ tạo được nền tang vững chắc cho các môn học kế tiêp như thiết kế nền móng,kêt cấu bê tong cốt thép…Chúng em đã đươc thầy hướng dẫn nghiên cứu về các vấn đề của môn học đó là những đặc tính của đất, cách ứng xử của đất trên các loại tải khác nhau,xác định độ lún,độ ẩm,dung trong, giói hạn chảy dẻo…

Chúng em xin cảm ơn thầy vì những bài giảng,những kiên thức mà thầy đã tận tình chỉ dạy trong những giờ lên lớp Nó không chỉ đơn thuần là những bài giảng mà còn là những kinh nghiệm nghềnghiệp để chúng em có thể tự tin bước vào đời một cách vững vàng hơn

Thay mặt tất cả các bạn sinh viên đã được thầy dạy dỗ em xin chân thành cảm ơn những đóng góp,cống hiến của thầy suốt bao năm qua để chúng em có được những bài học bổ ích,những kiến thức vững vàng

Em xin chân thành cảm ơn!!!

TPHCM, ngày 04 tháng 01 năm 2015 Nguyễn Ngọc Hiếu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM KHOA XÂY DỰNG – BỘ MÔN: NỀN MÓNG

Mặt đất tự nhiên: code 0.00 Mực nước ngầm ở code -1.00(m).

1 Phân loại đất (xác định tên và trạng thái của đất theo tiêu chuẩn Việt Nam và các bộ

2 Vẽ đường cong nén e – p, e – logp, xác định: a, ao, Cc, Cs cho các lớp đất

3 Xác định sơ bộ kích thước đáy móng (axb) theo các điều kiện:

3.1 Điều kiện về cường độ tiêu chuẩn: ptc

tb  Rtc3.2 Điều kiện về ứng suất cho phép: p tb

tt≤[p]=p ult

FS , FS = 2

4 Xác định ứng suất dưới đáy móng Tính và vẽ biểu đồ ứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu

và áp lực nước lỗ rỗng phân bố trong nền do tải trọng bản thân và tải trọng ngoài gây ratheo phương thẳng đứng Mực nước ngầm ổn định tại code -1.00m so với mặt đất tựnhiên

5 Tính độ lún tức thời; độ lún theo thời gian (t = 4 năm) và độ lún cố kết thấm ổn định tại

tâm móng (điểm O), tại trung điểm hai cạnh bề rộng của móng (điểm A, B) Từ đó, xác

định độ nghiêng của móng

6 Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (như chương trình Plaxis hoặc Geo Slope) để

mô phỏng và tính toán các giá trị chuyển vị đứng (độ lún) và so sánh với kết quả trongcâu 5

7 Nhận xét kết quả cho hai nội dung ở câu 5, 6

I PHÂN LOẠI ĐẤT-CHỌN CHIỂU SÂU CHÔN MÓNG D f

WL(%)

Giớihạndẻo

Wp(%)

Dungtrọngtựnhiên

 (T/

m3)

Tỷtrọnghạt

Gs

Gócmasáttrong

(độ)

Lựcdínhc

(kG/

cm2)

Kết quả thí nghiệm nén

cố kết(e – p) với cấp tải trọng

nén p(KPa)

Sứckhángxuyêntĩnh(CPT)

qc(MPa)

Kếtquảxuyêntiêuchuẩn(SPT)N

46 41.6 44.5 23.7 1.78 2.69 5o55 0.13 0.991 0.953 0.923 0.903 0.21 2

Theo đề bài đã cho móng là móng nông đặt trên nền gồm 3 lớp Ta phân loại đất dựa vào đặc trừng về cấp phối, các trạng thái Attergerg

Phân loại lớp 1 theo TCXD 45-78.

Đây lớp đất dính, ta phân loại dựa vào các giới hạn Anterbeg

Như vậy, đây là lớp đất sét ở trạng thái dẻo.

 Phân loại theo USCS-ASTM.D2487:

MH-OH

CH CL

Căn cứ vào biểu đồ casagrander đất này thuộc loại đất CL(đất kém dẻo)

 đất sét vô cơ,độ dẻo thấp đến trung bình,sét lẫn sỏi cuội,sét lẫn cát

WL(%)

Giớihạndẻo

Wp(%)

Dungtrọn

g tựnhiên

 (T/

m3)

Tỷtrọn

g hạt

Gs

Gócmasáttrong

(độ)

Lựcdínhc

(kG/

cm2)

Kết quả thí nghiệm nén

cố kết(e – p) với cấp tải trọng

nén p(KPa)

Sứckhángxuyêntĩnh(CPT)

qc(MPa)

Kếtquảxuyêntiêuchuẩn(SPT)N

85 23.5 30,6 24,1 1.92 2.70 210o4 0,27 0.700 0.688 0.680 0.683 7.16 35

 Phân loại theo TCXD 45-78:

Đây lớp đất dính, ta phân loại dựa vào các giới hạn Anterbeg

 Phân loại theo USCS-ASTM.D2487:

MH-OH

CH CL

20 30 40 50 60 70 80

Căn cứ vào biểu đồ casagrander đất này thuộc loại đất ML (đất bụi dẻo)

Nhận xét: Ta thấy lớp đất nằm khu vực đất bụi M và năm bên phía đất có tính dẻo thấp L.WL=30,6<35% nên có độ dẻo thấp Nằm trong khu vực OL: Bụi vô cơ, sét lẫn bụi hữu cơ có độdẻo thấp

Kết Luận: Thuộc loại đất bụi (đất cát pha sét) có độ dẻo thấp

%

Tỷtrọnghạt

Gs

Sứckhángxuyê

n tĩnh(CPT)

qc(MPa)

Kếtquảxuyêntiêuchuẩn(SPT) N

sét Th

10 10-5 5-2 2-1

1-0,5

0,25

0,5-0,25 -0.1

0,05

0,1-0,05 - 0,01

0,01 - 0,00 2

 0,00 2

Phân loại theo TCXD 45-78:

Mẫu đất trên có hàm lượng các hạt có D ≥ 0.1mmchiếm hơn 75% nên đây thuộc loại đất cát nhỏ

Theo kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT và thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, ta có:

{40<q 10<N =15<30 c=54 <120→Đất cát này ở trạng thái chặt vừa.

( Theo bảng tra trang 15, sách Bài tập cơ học đất, Vũ Công Ngữ- Nguyễn Văn Thông)

Như vậy, đây là lớp đất cát nhỏ ở trạng thái chặt vừa.

Hàm lượng cỡ hạt được cho trong bảng sau:

được.Vậy ta có thể chọn chiều sâu chôn móng là D f = 1.5 m (nằm trong lớp đất thứ 2).

a Lớp đất số 1(số hiệu 46)

a) Vẽ đường cong nén ép e-p, e-lgp

Độ rỗng tự nhiên của đất khi chưa có tải trọng tác dụng:

Từ đồ thị e-lgp, ta ước lượng áp lực tiền cố kết theo phương pháp Casagrande: σ '

1.14

0.991e

Hệ số néntương đối aoi(m2/kN)

a) Vẽ đường cong nén ép e-p, e-lgp

Độ rỗng tự nhiên của đất khi chưa có tải trọng tác dụng:

Căn cứ vào bảng kết quả thí nghiệm trên, ta vẽ được đường cong nén lún sau:

Từ đồ thị e-lgp, ta ước lượng áp lực tiền cố kết theo phương pháp Casagrande:

0.683 0.688

Ta xác định hệ số nén a và ao theo công thức sau:

Hệ số nén ai(m2/kN)

Hệ số nén tươngđối aoi(m2/kN)

III. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MÓNG

Giả thiết tỷ lệ kích thước chiều dài và chiều rộng ban đầu của móng là: a b=1.5

Dựa trên tỉ lệ này, ta đi tính toán kích thước móng với 2 điều kiện sau đây:

1 Theo đ i ề u ki ệ n v ề c ườ ng độ ti ê u chu ẩ n

a) Tính giá tr ị R tc

Móng đặt trên lớp đất thứ 2 (Số hiệu 85)

Từ kết quả thí nghiệm CPT và SPT, sử dụng bảng tra ( I - 6 trang 15 – bài tập Cơ

học đất – tác giả: Vũ Công Ngữ) suy ra các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2 :

 Dung trong đẩy nổi của lớp 2:

k là hệ số vượt tải, lấy bằng 1.2

γ tb là dung trọng trung bình của đất và bê tông phía trên móng, được phép lấy bằng 20(kN/m3).F,W là diện tích và modun chống uốn của tiết diện đáy móng, F=b ×l=1.5 b2

Vậy ta có

2 Theo điều kiện về ứng suất cho phép

Ta có điều kiện về ứng suất cho phép:

Xét các điểm có độ sâu như bảng bên dưới

Ta xem toàn bộ diện tích chịu tải chịu tác dụng của tải trọng:

Lớp thứ 3 là lớp cát nhỏ ở trạng thái chặt vừa nên 0,6 ≤ e ≤ 0,75chọn e = 0,7

Với dung trọng riêng đẩy nổi của lớp 3 là γ'

σ z bt:ứng suất do tải trọng bản thân gây ra trên trục qua tâm móng

σ gl: ứng suất do tải trọng gây lún gây ra trên trục đi qua tâm móng

-Tính ứng suất hữu hiệu do tải trọng bản thân gây ra:

Để tính ứng suất trên trục đi qua trung điểm Avà Bcủa 2 cạnh bề rộng móng : Ta chia diện chịu tải thành 2 hình chữ nhật như hình vẽ Sau đó chia tải trọng thành 2 phần:

- Phần phân bố đều có cường độ bằng p min=22,4¿ Ta dùng hệ số kg để tính

- Phần phân bố tam giác có cường độ lớn nhất bằng p=331,7−22,4=309,3¿ Đối với B thì

Table 1: ỨNG SUẤT TẠI TÂM MÓNG O

Table 2: ƯNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY RA TẠI A

Table 3: ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI GÂY RA TẠI B

4 Biểu đồ ứng suất

3.56 7.12 10.68 14.24 17.8

123.83 119.89 115.95 112.01 108.07 104.11 100.15 96.20 92.24 88.28 84.32 80.37 76.41 72.50 68.49 64.54 60.58 56.62 55.66 48.70 44.75 40.79 36.83 32.87 28.9226.94

22.9621.38

154.28 154.65 150.88 141.41 127.31 111.78 96.69 83.08 71.45 61.55 53.14 46.21 40.46 35.57 31.42 27.96 22.99 22.46 20.29 17.69 16.76 15.40 14.29 13.18 12.00 11.07

19.38 20.96 21.94 22.92 24.87 26.83 28.79 30.75 32.70 34.66 36.62 38.58 40.54 42.49 44.45 46.41 48.37 50.32 52.28 54.24 56.20 58.15 60.11 62.07 64.01 65.95 67.89 69.83

11.2 14.27 20.86 26.48 29.98 30.31 30.65 30.45 29.11 27.23 26.05 24.32 23.28 22.17 20.70 19.80 18.29 17.37 16.61 15.18 14.40 13.64 12.90 11.54 10.80 10.08

165.85 159.39 146.50 133.25 119.00 104.23 89.54 78.27 74.21 63.3 55.87 48.63 41.4 36.09 33.19 30.26 27.26 24.30 21.44 19.39 18.17 16.98 15.81 14.69 13.52 12.67

ứng suât tại B ứng suất tại O

ứng suât tại A

Mực nước ngầm

Vị trí đặc móng

Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1

Ta có các chỉ tiêu cơ lí của lớp 3 như sau:

Với qc =71,6 KG/cm2, N =35 Từ kết quả thí nghiệm CPT và SPT, sử dụng bảng ước tính  của Meyerhof

Ta có các chỉ tiêu cơ lí của lớp 3 như sau:

Với qc =54KG/cm2, N =15 Từ kết quả thí nghiệm CPT và SPT, sử dụng bảng ước tính  của Meyerhof

h1: chiều dày lớp 1 trên mực nước ngầm γ1 : Trọng lượng lớp 1

h’1: chiều dày lớp 1 dưới mực nước ngầm γ1' : Trọng lượng riêng đẩy nổi lớp 1

h2: chiều dày lớp 2 γ2' : Trọng lượng riêng đẩy nổi lớp 2.

R3tc=m1 ×m2

Ktc ¿'+bDf γ¿

+D.c)= 1,4 ×1,21,1 (1,8442×1,6×9,7+8,368×62,07¿

=522,35 KN /m2>σ z 3

==.> lớp 3 làm việc trong giai đoạn đàn hồi

Vậy cả nền đất làm việc trong giai đoạn đàn hồi Có thể áp dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi để tính

toán

b Tính toán độ l ú n m ó ng theo ph ươ ng pháp c ộ ng l ú n t ừ ng l ớ p

Chia nền đất thành nhiều lớp nhỏ có độ dày ≤0.4b =0.4× 1,6=0,64m

e 1 i , e 2 i: nội suy từ đường cong e-p, phụ thuộc vào p 1 i và p 2 i

p 1 i: ứng suất bản thân hữu hiệu trung bình ở lớp thứ i

p i : ứng suất gây lún hữu hiệu trung bình của lớp thứ i

σ zi: ứng suất gây lún trung bình của lớp thứ i

E i: mooddun biến dạng của lớp đât thứ i

E i=E0×(z ref−z)E inc

z ref:độ sâu tham chiếu ( cao trình lớp đất)

z: cao trình lớp đất đang xét

E inc: môđun gia tang theo độ sâu z, do lớp thứ 3 là lớp đất chặt vừa nên chon Einc=20 kN/m/m2

Đấtcát vừa E0=¿α q c, trong đó α=(1,5÷ 3), chon α=1,5

1+e 1 i h(log σ p−log σ1)+ C c

1+e 1i h(log σ2−log σp) với σ1<σ p<σ2 (3)h: độ dày lớp phân tố

σ1 , σ2,e1i , e2i : ứng suất và độ rỗng đất trước và sau khi chịu tải gây lún (e được nội suy từ đườngcong

nén lún);

σ p được xác định như trên hình vẽ e-logp của lớp 2 Ta có logσ p= 2.2133 =>σ p=163,3KN /m2

σ gl tblà ứng suất tại điểm giữa lớp phân tố (dựa vào biểu đồ ứng suất)

Nhận xét:

Với ứng suât tại A: σ 1max=69,83<σ2 max=79,76<σp=163.3 ta sử dụng công thức (1) để tính

Vậy chon độ lún tại O là 4,68 cm

Vậy chọn độ lún tại A là 2.24cm

Vậy chọn độ lún tại B là 3,52cm

Độ lún móng tính toán ở trên không xét đến độ cứng của móng Với giả thuyết móng cứng tuyệt đối, các điểm B, 0, A phải nằm trên cùng 1 đường thẳng Hiệu chỉnh độ lún các điểm theo đường cong e-logp

3 Tình lún theo thời gian

Bổ sung dữ liệu tính toán:

Chọn thời gian lún cố kết t = 4 năm Với lớp đất cần tính lún theo thời gian của lớp đất có chiều dày 4.1m tính từ đáy móng đến hết lớp đất dính là lớp 2 Lớp 3 là lớp đất rời không tính lún cố kết theo thời gian

Khi cố kết ,lớp đất này chỉ có thể thoát nước xuống dưới Vì vậy ta sẽ xem nó là bái toán cố kết thấm 1 chiều thoát nước 1 biên với chiều dài dòng thấm H=4,1m

Các chỉ tiêu của lớp 2:

Hệ số thấm K theo tổng kết của M.Das:

K =(0,01-1,0)cm/s , nhưng vì lớp 2 là lớp cát pha ở trạng thái cứng nên chọn hệ số thấm K= 0,3cm/s

HÌNH 1: LÚN TỨC THỜI - HÌNH DẠNG BIẾN DẠNG DAU KHI BẮT ĐẦU CHỊU TẢI

HÌNH 2: LÚN TỨC THỜI- BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG ĐỨNG

H 3: LÚN TỨC THỜI-BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG

HÌNH 4: SAU 4 NĂM -BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG ĐỨNG Uy

HÌNH 5: SAU 4 NĂM-BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN THEO PHƯƠNG NGANG Ux

HÌNH 6: ĐỘ LÚN CỐ KẾT: HÌNH DẠNG BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN

HÌNH 7: ĐỘ LÚN CỐ KẾT- BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG ĐỨNG

HÌNH 8: ĐỘ LÚN CỐ KẾT- BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG

VI. NHẬN XÉT

-Khi tính lún theo các phương pháp đã học độ lún cố kết theo phương pháp cộng lún các lớp phân

tố, ta tính được độ lún tại tâm móng O là 5.88cm Nhưng với phương pháp tính bằng phần mềm Plaxis ta -tính được độ lún theo phương đứng tại tâm O là 4.395 cm

-Khi tính lún tức thời, đối với công thức lý thuyết đàn hồi, kết quả tính lún tức thời của tổng 2 lớp đất dưới đáy móng là S= 1.93 + 0.12= 2.05cm, nhưng với phương pháp tính bằng Plaxis cho ta kếtquả lún S= 4.354cm

-Khi tính lún theo thời gian chỉ cho lớp á cát ( lớp 2) ta thu được kết quả là S= 1.93cm,với phươngpháp tính theo Plaxis ta thu được kết quả là S= 4.378cm (tính cho cả ba lớp)

-Chênh lệch tính toán độ lún bằng tay và bằng máy không quá lớn,chứng tỏ tiết diện móng là hợp

lí trên nền đất Khả năng đặt móng tại lớp thứ 2 là khả thi và có thể thi công được

-Qua kết quả ta thu được sau hai lần tính lún bằng các phương pháp đã học và bằng phần mềm Plaxis, ta thấy tính theo Plaxis sẽ cho ta kết quả sát với thực tế, chính xác và an toàn hơn khi thiết

kế Để được những ưu điểm đó là nhờ:

 Khi tính theo Plaxis, ta thực hiện các thao tác như đang thi công móng, ta phải thực hiện từng bước như xác định độ sâu và chu vi móng ảnh hưởng, đặt mực nước ngầm, hạ mực nước ngầm để tạo hố móng dẫn đến kết quả chính xác và sát với thực tế

 Khi tính tay bằng các phương pháp khác, ta chỉ giới hạn vùng ảnh hưởng của móng trong phạm vi chiều sâu sao choσ gl ≤ 0.2 σ bt, còn đối với phương pháp Plaxis ta chọn 1 vùng chu vilớn để tính khi đó độ chính xác và an toàn cao hơn

 Phần mềm Plaxis dùng chương trình PTHH để tính toán, trong khi đó việc tính toán lại tínhtheo các công thức dựa trên thực nghiệm nên khi tính lún sẽ cho kết quả kém chính xác hơn

 Bài toán tính lún theo thời gian có liên quan tới vấn đề cố kết và tính từ biến của đất Tính toán theo ổn định và biến dạng nền là tính toán biến dạng trượt và độ lún của nền đất nên còn liên quan tới cả độ bền chống cắt của đất theo thời gian (phụ thuộc vào áp lực nước lỗ rỗng) Trong PLAXIS đã có sẵn các mô hình đất CAM-CLAY như hardening soil, Soft soilcreep, ngoài ra trong bản Palxis version 8 còn có thể tự lập được mô hình đất bằng các quan hệ US-BD và các thông số đầu vào của riêng mình nên tính theo Plaxis sẽ thuận tiện

và chính xác hơn Với phương pháp PTHH trong plaxis, hiện tượng tăng cường độ của đất theo thời gian có thể mô hình hóa được.Trong quá trình tính bằng tay, ta đã làm tròn số 1

số kết quả trong quá trính tính toán làm cho kết quả có nhiều sai lệch, còn đối với phương pháp tính bằng Plaxis do được máy tự tính toán nên khả năng xảy ra sai xót sẽ ít hơn

 Ngoài ra tính toán thep phần mềm Plaxis sẽ cho ta kết quả sinh động hơn về độ lún, độ biếndạng dưới dạng hình ảnh trực quan sinh động, với kết quả chính xác và nhanh hơn

-Phương pháp tính lún theo tổng phân tố có sai số lớn hơn do không xét đến biến dạng nở hông,mẫu đất thí nghiệm đã bị biến đổi trong quá trình lấy mẫu Mặc khác thể tích mẫu đấtquá nhỏ so với diện tích khu đất cân xây dựng nên kết quả thí nghiệm nén cố kết có sai số lớn hơn thực tế

= > Ta nên tính lún theo phương pháp Plaxis cho bài toán thiết kế để thiên về an toàn, chính xác

và hiệu quả hơn